Цитоплазма полностью окружается мембраной, которая подразделяется на три слоя: наружный, средний и внутренний. Во внутреннем слое, который носит название эндоплазма, находятся необходимые элементы для самостоятельного организма:
- рибосомы;
- элементы аппарата Гольджи;
- опорные и сократительные волокна;
- пищеварительные вакуоли.
Пищеварительная система
Одноклеточное может активно размножаться только во влаге, в сухом месте обитания амебы питание и репродукция невозможны.
Дыхательная система и реакция на раздражение
Амёба протей
Деление амебы
Наиболее благоприятная среда существования отмечается в водоеме и человеческом теле . В этих условиях амеба размножается быстро, активно питается бактериями в водоемах и постепенно разрушает ткани органов постоянного хозяина, которым выступает человек.
Размножение амебы происходит бесполым путем . Бесполое размножение подразумевает собой деление на клетки и образование нового одноклеточного.
Отмечается, что одна взрослая особь может делиться несколько раз в день. Этим определяется наибольшая опасность для человека, который страдает амебиазом.
Именно поэтому при первых же симптомах заболевания, врачи настоятельно рекомендуют обратиться за помощью к специалисту, а не начинать самолечение. Неправильно подобранные препараты и вовсе могут нанести пациенту больше вреда, нежели пользы.
Вконтакте
Предлагаю для решения две однотипные задачи - если решите одну, то, скорее всего, решите и другую.
Условия задач
Задача «Пруд и кувшинки»
Поверхность пруда постепенно закрывается вырастающими в нем кувшинками. За каждый день покрытая кувшинками площадь увеличивается вдвое. Вся поверхность пруда закрывается за 30 дней.
За сколько дней пруд зарастает кувшинками наполовину?
Задача «Амёбы в пробирке»
Один биолог открыл удивительную разновидность амеб. Каждая из них через минуту делится на две. В пробирку биолог кладет одну амебу, и через час вся пробирка оказывается заполненной амебами.
Сколько потребовалось бы времени, чтобы вся пробирка заполнилась амебами, если бы в нее положили вначале не одну амебу, а две?
Решения задач
Математически задачи решаются крайне просто. Сложность может возникнуть только от стереотипичности мышления, когда, например, хочется сказать, что пруд зарастёт кувшинками наполовину за половину времени. Что в корне не верно.
Задача «Пруд и кувшинки»
Нам известно, что численность кувшинок увеличивается в геометрическое прогрессии с коэффициентом - 2 (то есть каждый день их становится в два раза больше). Следовательно, за день до того, как пруд зарастёт полностью, кувшинками будет покрыта половина пруда.
Ответ на задачу: за 29 дней (30 – 1) пруд зарастёт кувшинками наполовину.
Задача «Амёбы в пробирке»
Задача решается аналогичным образом, но с другого конца. Уже через минуту в пробирке находятся 2 амёбы, что соответствует изменившимся условиям в задаче. А 2 амёбам, для того, чтобы заполнить всё доступное пространство пробирки требуется оставшиеся 59 минут (60 – 1).
Существует огромное количество информации об амебе. Эта информация разрозненна и зачастую не систематизирована. Данная статья предназначена для того, чтобы ответить на многие вопросы: «Что такое род Амеба?», «Каков план строения этих микроорганизмов?», «Каковы особенности их жизнедеятельности?».
Таксономическая классификация представляет собой строгую иерархическую систему, которая помогает систематизировать все живые организмы с практической целью. В таксономической иерархии важнейшим уровнем является царство. Выделено 4 царства:
- вирусы,
- археи,
- бактерии,
- эукариоты.
Наиболее многочисленным царством являются эукариоты. К ним относятся растения и животные.
Клетка этих микроорганизмов содержит сформированное ядро с полноценной кариолеммой, окружающей генетический аппарат. Генетический аппарат представлен линейной ДНК, связанной с белками-гистонами. Клетка отделяется от окружающего мира с помощью тонкой мембраны. Распространено ошибочное мнение, что данный микроорганизм – бактерия. Но перечисленные особенности строения указывают на отношение к эукариотам.
Обратите внимание! Геном этих микроорганизмов чрезвычайно велик. Человеческая ДНК содержит около 3 млрд пар нуклеотидов, в то время как у этих микроорганизмов их почти 700 млрд.
Другой вопрос, который может привести в замешательство: это бактерии или животные? Однозначно не бактерии. Остается определить – это животное или какой-то другой тип организмов. Выделено отдельное царство протистов, куда вошли эукариотические организмы, которые нельзя отнести ни к животным, ни к грибам или растениям. К царству протистов относится род амеб.
Семейство амебоидов
В это семейство выделены «голые» амебы, способные продуцировать псевдоподии различной длины. В этом семействе есть патогенные для человека разновидности микроорганизмов. Важнейшими с медицинской точки зрения считаются:
- неглерии,
- акантамебы,
- гартманеллы.
Перечисленные разновидности являются свободноживущими. Обнаруживаются в песке, иле, грунте. Могут вызывать заболевания желудочно-кишечного тракта у человека . У лиц с ослабленным иммунитетом, грудных детей и стариков приводят к сепсису, который может заканчиваться смертью даже при адекватном лечении.
В общем виде строение амебы примитивно: мембрана, ядро и цитоплазма, содержащая органеллы. Ознакомиться с ее видом можно на фото:
В центре клетки содержится довольно крупное ядро. Внутренняя среда микроорганизма ограничена тонкой полупроницаемой мембраной. Что такое «полупроницаемая»? Это означает, что клетка способна регулировать, какие вещества и в каких количествах проникают внутрь или выводятся наружу. Полость, ограниченная мембраной, заполнена цитоплазмой. У амебы есть ряд важных органоидов:
- Рибосомы.
- Митохондрии.
- Сократительные вакуоли.
- Псевдоподии.
Рибосомы и митохондрии – постоянные органеллы. Вакуоли и псевдоподии постоянно изменяются. Амебы – это одноклеточные микроорганизмы. Некоторые виды патогенных амебоидов в фазе цисты могут увеличивать количество ядер. При рассмотрении этого организма в световой микроскоп может возникнуть вопрос, сколько клеток в нем содержится. Увеличение количества ядер не приводит к многоклеточности. Все ядра находятся внутри одной клетки, что хорошо видно на фото.
Жизнедеятельность амеб
Как и все живые организмы, они имеют свои особенности обмена веществ, перемещения в пространстве и размножения. Общая характеристика распространяется на все виды. Но у каждого из них есть уникальные отличия, которые и позволили выделить их отдельно.
Питание
Амебы – это гетеротрофы. Они неспособны синтезировать все необходимые для поддержания жизни вещества. Поэтому многие нутриенты поступают из внешней среды.
Процесс питания заключается в захвате пищи с помощью выростов мембраны. Когда клетка сталкивается с каким-либо объектом, то амеба начинает «окутывать» этот объект со всех сторон. После окружения пищи мембраной формируется пищеварительная вакуоль. В просвет этой вакуоли выделяются ферменты и поверхностно-активные вещества, с помощью чего начинается переваривание поглощенных объектов.
Нет достоверных данных, которые смогли объяснить, каким образом микроб определяет, сколько ферментов необходимо для переваривания той или иной пищи. Недостаточное количество этих веществ не сможет обеспечить клетку всеми необходимыми питательными веществами. Избыток ферментов сделает из процесса питания амебы механизм самоуничтожения, так как начнется расщепление собственных компонентов клетки.
Движение
Перемещение в пространстве — ключевой параметр, позволяющий определить, к какому семейству принадлежат микроорганизмы. Движение амеб настолько специфично, что в русскоязычной литературе используется особый термин для названия данных микроорганизмов – ложноножки.
Для клеток амебоидов характерна способность создавать выпячивания мембраны – псевдоподии или ложноножки. Одно из выпячиваний становится больше остальных. В него перетекает основная часть цитоплазмы клетки, с помощью чего и передвигается амеба. Этот процесс сходен с питанием. Но движения мембраны во время питания возникают в ответ на раздражение рецепторов фрагментами пищи. А передвигается амеба в направлении положительного хемотаксиса – в ту сторону, откуда распространяются вещества, привлекающие этот микроб.
Размножение
Известен всего один способ размножения амебы – прямое деление клетки. Половой механизм еще не был описан. Достигая определенного размера, микроорганизм прекращает двигаться. Исчезают все псевдоподии. Часть органелл разрушается. Генетический аппарат клетки удваивается. Каждая из копий направляется к полюсам ядра, которое в этот момент разделяется на две части. После этого начинается деление собственно клетки. В результате каждая из дочерних клеток получает по одной копии ДНК и приблизительно равное количество .
Недостающие органоиды в скором времени синтезируются заново. Достаточно быстро вновь образовавшиеся клетки увеличиваются в размерах и в свою очередь размножаются.
Полезное видео: размножение амебы
Разновидности амеб
Семейство включает несколько десятков видов. Это многообразие микроорганизмов рационально разделять на две группы. Для этого используется одна характеристика – патогенность, то есть способность вызывать заболевания у человека.
К непатогенным (не вызывающим болезни) относятся:
- кишечная,
- карликовая,
- ротовая,
- диэнтамеба,
- иодамеба Бючли.
Важно! Эти микроорганизмы относятся к нормальной или условно патогенной микрофлоре пищеварительного тракта человека. Некоторые из них при снижении защитных свойств организма человека могут вызваться заболевания.
Патогенные:
- дизентерийная,
- свободноживущие амебы.
К подцарству Одноклеточные относятся животные, тело которых состоит всего из одной клетки, большей частью микроскопического размера, но со всеми присущими организму функциями. В физиологическом отношении эта клетка представляет целый самостоятельный организм.
Двумя основными компонентами тела одноклеточных являются цитоплазма и ядро (одно или несколько). Цитоплазма окружена наружной мембраной. Она имеет два слоя: наружный (более светлый и плотный) — эктоплазму — и внутренний — эндоплазму. В эндоплазме находятся клеточные органоиды: митохондрии, эндоплазматическая сеть, рибосомы, элементы аппарата Гольджи, различные опорные и сократительные волокна, сократительные и пищеварительные вакуоли и др.
Среда обитания и внешнее строение обыкновенной амёбы
Простейшее живёт в воде. Это может быть и вода озера, и капля росы, и влага почвы, и даже вода внутри нас. Поверхность тела их очень нежная и без воды моментально высыхает. Внешне амёба похожа на сероватый студенистый комочек (0,2-05 мм), не имеющий постоянной формы.
Движение
Амёба «перетекает» по дну. На теле постоянно образуются меняющие свою форму выросты — псевдоподии (ложноножки). В один из таких выступов постепенно переливается цитоплазма, ложная ножка в нескольких точках прикрепляется к субстрату и происходит передвижение.
Внутреннее строение
Внутреннее строение амебы
Питание
Передвигаясь, амёба наталкивается на одноклеточные водоросли, бактерии, мелкие одноклеточные, «обтекает» их и включает в цитоплазму, образуя пищеварительную вакуоль.
Питание амебы
Ферменты, расщепляющие белки, углеводы и липиды, поступают внутрь пищеварительной вакуоли, и происходит внутриклеточное пищеварение. Пища переваривается и всасывается в цитоплазму. Способ захвата пищи с помощью ложных ножек называется фагоцитозом.
Дыхание
Кислород расходуется на клеточное дыхание. Когда его становится меньше, чем во внешней среде, новые молекулы проходят внутрь клетки.
Дыхание амебы
Молекулы углекислого газа и вредных веществ, накопившихся в результате жизнедеятельности, наоборот, выходят наружу.
Выделение
Пищеварительная вакуоль подходит к клеточной мембране и открывается наружу, чтобы непереваренные остатки выбросить наружу в любом участке тела. Жидкость поступает в тело амёбы по образующимся тонким трубковидным каналам, путём пиноцитоза. Откачиванием лишней воды из организма занимаются сократительные вакуоли. Они постепенно наполняются, а раз в 5-10 минут резко сокращаются и выталкивают воду наружу. Вакуоли могут возникать в любой части клетки.
Размножение
Амёбы размножаются только бесполым путём.
Размножение амебы
Выросшая амёба приступает к размножению. Оно происходит путём деления клетки. До деления клетки ядро удваивается, чтобы каждая дочерняя клетка получила свою копию наследственной информации (1). Размножение начинается с изменения ядра. Оно вытягивается (2), а затем постепенно удлиняется (3,4) и перетягивается посредине. Поперечной бороздкой делится на две половинки, которые расходятся в разные стороны — образуются два новых ядра. Тело амёбы разделяется на две части перетяжкой и образуется две новые амёбы. В каждую из них попадает по одному ядру (5). Во время деления происходит образование недостающих органоидов.
В течение суток деление может повторяться несколько раз.
Бесполое размножение — простой и быстрый способ увеличить число своих потомков. Этот способ размножения не отличается от деления клеток при росте тела многоклеточного организма. Разница в том, что дочерние клетки одноклеточного организма, расходятся, как самостоятельные.
Реакция на раздражение
Амёба обладает раздражимостью — способностью чувствовать и реагировать на сигналы из внешней среды. Наползая на предметы, она отличает съедобные от несъедобных и захватывает их ложноножками. Она уползает и прячется от яркого света (1),
механических раздражений и повышенной концентрации, вредных для нее веществ (2).
Такое поведение, состоящее в движении к раздражителю или от него, называется таксисом.
Половой процесс
Отсутствует.
Переживание неблагоприятных условий
Одноклеточное животное очень чувствительно к изменениям окружающей среды.
В неблагоприятных условиях (при высыхании водоёма, в холодное время года) амёбы втягивают псевдоподии. На поверхность тела из цитоплазмы выделяются значительное количество воды и вещества, которые образуют прочную двойную оболочку. Происходит переход в покоящееся состояние — цисту (1). В цисте жизненные процессы приостанавливаются.
Цисты, разносимые ветром, способствуют расселению амебы.
При наступлении благоприятных условиях амёба покидает оболочку цисты. Она выпускает псевдоподии и переходит в активное состояние (2-3).
Ещё одна форма защиты — способность к регенерации (восстановлению). Повреждённая клетка может достроить свою разрушенную часть, но только при условии сохранения ядра, так как там хранится вся информации о строении.
Жизненный цикл амёбы
Жизненный цикл амёбы прост. Клетка растёт, развивается (1) и делится бесполым путём (2). В плохих условиях любой организм может «временно умереть» — превратиться в цисту (3). При улучшении условий он «возвращается к жизни» и усиленно размножается.
Социальные амебы Dictyostelium discoideum делятся на три «пола», каждый из которых может спариваться с любым из двух других. Оказалось, что половая принадлежность амеб определяется единственным генетическим локусом, содержащим 1, 2 или 3 гена. Ключевую роль играют гены двух типов, непохожие ни на какие ранее известные гены. Для половой совместимости необходимо, чтобы один из партнеров имел ген первого типа, другой - второго.
Амебы Dictyostelium в последнее время стали популярным лабораторным объектом. Об их способности образовывать многоклеточные плодовые тела из множества индивидуальных организмов, многие из которых жертвуют жизнью ради «общего блага», рассказано в заметке Амёбы-мутанты не позволяют себя обманывать («Элементы», 06.10.2009).
Удивительные особенности диктиостелиума не исчерпываются сложным поведением при образовании плодовых тел. Половое размножение у этих амеб тоже протекает в высшей степени необычно. У диктиостелиума не два, а три «пола», или типа спаривания (mating types). Само по себе это еще не очень удивительно: подобная «многополость» известна у некоторых низших эукариот, в том числе у грибов и инфузорий. Если половые клетки не различаются по размеру и строению (см. Isogamy), то есть не делятся на крупные яйцеклетки и мелкие спермии, то число «полов» не обязано быть равным двум. Однако у диктиостелиума половое размножение обставлено дополнительными причудливыми «ритуалами», включающими сложное социальное поведение и каннибализм.
В благоприятных условиях гаплоидные одиночные амебы размножаются делением. Столкнувшись с нехваткой пищи, они могут перейти к половому размножению. Для этого должны встретиться две амебы, относящиеся к разным «полам». Каждый из трех полов (I, II и III) может скрещиваться с любым из двух других. Две гаплоидные амебы сливаются и образуют крупную диплоидную амебу - зиготу. После этого начинается самое интересное. Зигота выделяет сигнальное вещество - циклический аденозинмонофосфат (цАМФ), привлекающий гаплоидных амеб. Это же вещество используется амебами в качестве сигнала «ползите все сюда» при образовании скоплений, из которых потом формируется плодовое тело.
При образовании плодового тела 80% амеб превращаются в споры, получая шанс передать свои гены следующим поколениям, а 20% жертвуют собой: их тела идут на построение ножки плодового тела. Совсем другой расклад получается, когда амебы доверчиво подползают к зиготе. Подманив, словно сирена, множество гаплоидных амеб, зигота заглатывает их путем фагоцитоза и переваривает. При этом ее размер, естественно, увеличивается. В итоге получается гигантская клетка - макроциста, которая может быть в 500–1000 раз крупнее одиночной амебы. До того как быть съеденными, одиночные амебы, окружившие зиготу, строят вокруг будущей макроцисты прочную трехслойную стенку из целлюлозы. Таким образом, зигота использует маленьких гаплоидных амеб не только как пищу, но и как рабочую силу.
При наступлении благоприятных условий макроциста «прорастает», и из нее выходят сотни маленьких гаплоидных амеб. Все они, конечно, являются потомками зиготы, а не тех несчастных, которые были ею съедены. По-видимому, перед выходом потомства зигота сначала претерпевает мейоз , а затем множество последовательных митозов (хоть это и не доказано окончательно).
Предполагается, что механизм формирования макроцист эволюционно древнее механизма формирования плодовых тел, причем второй, возможно, произошел от первого.
Несмотря на то что многие лаборатории уже вовсю используют диктиостелиума в качестве модельного объекта для изучения социального поведения и химической коммуникации, многие аспекты жизни этого организма остаются загадочными. Например, до сих пор не было известно, от чего зависит пол амеб, какие гены определяют принадлежность амебы к одному из трех типов спаривания. Британские и японские ученые сообщили о разгадке этой тайны в последнем выпуске журнала Science .
Авторы целенаправленно искали в геноме диктиостелиума гены, имеющиеся у одних полов и отсутствующие у других. Геном пола I прочтен, что позволило изготовить ДНК-микрочип с образцами последовательностей 8500 генов из примерно 10 500, обнаруженных в геноме пола I. При помощи этого микрочипа были исследованы геномы 10 диких штаммов диктиостелиума, относящихся к полам I и II. В итоге был выявлен один-единственный ген в пятой хромосоме, который есть у всех амеб пола I и отсутствует у всех амеб пола II. Авторы назвали этот ген matA . Он кодирует короткий (длиной в 107 аминокислот) белок, непохожий ни на какие известные белки.
Чтобы убедиться в том, что обнаруженный белок действительно определяет половую принадлежность амеб первого пола, авторы удалили этот ген из их генома. В результате амебы полностью утратили способность спариваться и образовывать макроцисты с любыми амебами независимо от их пола. Когда ген вернули на место, способность спариваться с амебами второго и третьего полов восстановилась.
В геноме пола I по обе стороны от matA находятся гены, имеющиеся у всех трех полов и занимающие одинаковые позиции в хромосоме. Это обстоятельство позволило исследовать соответствующий участок пятой хромосомы у всех трех полов при помощи метода ПЦР (см. Полимеразная цепная реакция). Оказалось, что у пола II между этими общими для всех полов генами находится не один (как у пола I), а три гена, которые получили названия matB , matC и matD . Первый из них гомологичен гену matA , однако аминокислотные последовательности белков, кодируемых генами matA и matB , совпадают лишь на 60%. Ген matC не похож на другие известные гены, ген matD отдаленно напоминает одно из известных семейств генов, участвующих в слиянии гамет.
При помощи генно-инженерного эксперимента удалось показать, что гены matB , matC и matD действительно определяют половую принадлежность амеб второго пола. Авторы удалили у амеб первого пола ген matA , а затем вставили в их геном эти три гена. Получившиеся мутанты вели себя как амебы второго пола: они спаривались с полами I и III и не могли образовать макроцисты с полом II.
Аналогичным образом были выявлены гены, определяющие половую принадлежность амеб третьего пола. Таких генов оказалось два: matS и matT , причем первый из них сходен с matC , а второй - с matD. Ничего похожего на matA и matB в геноме третьего пола не обнаружилось.
Таким образом, локус типа спаривания (mating-type locus) у первого и третьего полов не содержит сходных элементов, а у второго пола он похож на комбинацию двух других.
Дальнейшие эксперименты показали, что три гена, находящиеся в локусе типа спаривания у амеб второго пола, выполняют разные функции. Один из них, matB , позволяет спариваться с третьим полом; другой, matC , - с первым. Ген matD не влияет на половую принадлежность, однако его наличие при некоторых скрещиваниях увеличивает число образовавшихся макроцист. Возможно, matD повышает вероятность слияния гаплоидных амеб и образования зигот.
Из двух генов, находящихся в локусе типа спаривания у амеб третьего пола, ключевым оказался ген matS . Именно от него зависит способность к спариванию с двумя другими полами. При спаривании с амебами второго пола решающую роль играет взаимодействие между генами matS и matB . Ген matT не участвует в определении пола; его функции остались неизвестны.
Таким образом, в системе определения пола у диктиостелиума можно проследить определенную логику. У полов I и III половая принадлежность определяется единственным геном - соответственно, matA и matS . Для совместимости необходимо, чтобы один из партнеров имел ген matA или его гомолог, а другой - ген matS или его гомолог. Амебы второго пола имеют сразу два «половых гена» matB и matC , являющиеся гомологами matA и matS . Наличие гомолога matA позволяет второму полу скрещиваться с третьим, гомолога matS - со вторым полом. Почему амебы второго пола не могут при этом скрещиваться друг с другом, пока не ясно.
Расшифровка механизма определения пола у диктиостелиума должна существенно облегчить разнообразные генетические эксперименты с этим интересным лабораторным объектом.
